(57)【要約】【課題】材料特性評価装置において、試料台の上方で加熱された空気による測定誤差を低減すること。【解決手段】試料（Ｓ）を載置する試料台（２）を加熱部（ヒータ６）が加熱して、加熱された状態の試料の表面に圧子（３）を押し付けてくぼみを形成し、そのくぼみに基づいて試料の所定の材料特性を評価する材料特性評価装置（１）において、試料台とその試料台の上方に位置する圧子との間に遮蔽部材（遮蔽板３０）を配置する構成にした。【選択図】図１
2005300417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面に圧子を押し付けてくぼみを形成させ、該くぼみに基づいて試料の所定の材料特性を評価する材料特性評価装置であって、
前記試料を載置する試料台と、
前記試料台を加熱する加熱部と、
前記試料台と、該試料台の上方に位置する圧子との間に配置される遮蔽部材と、
を備えることを特徴とする材料特性評価装置。
【請求項２】
前記遮蔽部材には、前記圧子が前記試料に向かう位置に開口部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の材料特性評価装置。
【請求項３】
前記遮蔽部材に対する前記試料台側の空気を吸引する空気吸引部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の材料特性評価装置。
【請求項４】
前記圧子のくぼみ形成時における押込深さを測定する押込深さ測定手段を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の材料特性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料表面に圧子を押し付けてくぼみを形成させ、該くぼみに基づいて試料の所定の材料特性を評価する材料特性評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料表面に圧子により荷重を負荷して、くぼみを形成させ、該くぼみに基づいて試料の所定の材料特性を評価する材料特性評価装置が知られている。また、近年では、試料を加熱した状態で硬さ等の物性値を測定する材料特性評価装置も知られており、試料の材料特性の温度依存性を調べることができるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。このような材料特性評価装置は、特に薄膜等の硬さの温度依存性を調べる微小硬さ試験に用いられている。
【０００３】
特許文献１記載の材料特性評価装置は、例えば、試料が載置される試料台と、この試料台上の試料に圧子を押圧する押圧機構部と、この圧子の押し込み荷重を検出する荷重検出器と、この圧子の変位量を検出する変位検出器と、試料台上の試料及び圧子を加熱する加熱機構部と、試料を加熱する試料台ヒータ等を備えている。
そして、この材料特性評価試験においては、試料を試料台に載置して、加熱機構部によって圧子及び試料を加熱すると同時に、試料台ヒータによって試料台を熱伝導により全体的に加熱する。次いで、試料が設定された温度になったときに押圧機構部によって圧子を所定の押込み圧力で試料に押圧させて、試料にくぼみを形成させる。そして、荷重検出器が圧子の押込み荷重を検出するとともに、変位検出器が圧子の押込み変位を検出して、これらの値の関係から試料の硬さ等の物性値を測定する。
【特許文献１】特開平５−２６４４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の場合、試料台ヒータや、試料台ヒータにより加熱された試料台が、試料台上方の空気を加熱してしまい、加熱された空気が上昇するように熱対流を起こすことがあった。
この加熱された空気が上昇する熱対流による空気の乱流が圧子を押し上げるように作用したり、加熱された空気により押圧機構部等が熱膨張したりしてしまうと、材料特性評価装置において測定誤差が生じてしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明の課題は、材料特性評価装置において、試料台の上方で加熱された空気による測定誤差を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するため、請求項１記載の発明は、
試料（Ｓ）表面に圧子（３）を押し付けてくぼみを形成させ、該くぼみに基づいて試料の所定の材料特性を評価する材料特性評価装置（１、１ａ）であって、
前記試料を載置する試料台（２）と、
前記試料台を加熱する加熱部（例えば、ヒータ６）と、
前記試料台と、該試料台の上方に位置する圧子との間に配置される遮蔽部材（例えば、遮蔽板３０）と、
を備えることを特徴とする。
ここで、所定の材料特性とは、例えば、試料の硬さ、弾性係数、密着力表面物性、対磨耗特性等の材料特性を指す。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、試料を載置する試料台を加熱部が加熱して、加熱された状態の試料の表面に圧子を押し付けてくぼみを形成し、そのくぼみに基づいて試料の所定の材料特性を評価する材料特性評価装置において、試料台とその試料台の上方に位置する圧子との間に遮蔽部材が配置されている。
【０００８】
加熱された状態の試料の材料特性を評価、測定するために、加熱部により加熱された試料台の上面側の空気は、加熱されて高温になることにより、上昇する熱対流を起こす。
この加熱された空気が上昇する熱対流により、試料台上方に位置する圧子やその周囲が加熱されて熱膨張してしまうと、圧子等の寸法やその評価・測定動作時の移動量に誤差が生じ、材料特性評価装置における測定誤差が生じてしまうことがある。
【０００９】
そこで、試料台と、その試料台の上方に位置する圧子との間に遮蔽部材を配置することにより、圧子側に加熱された空気の上昇を抑えることによって、圧子等が加熱されて熱膨張してしまうことを低減することができる。
そして、材料特性評価装置において、試料の材料特性を評価する際には、駆動部等によりその遮蔽部材を、試料台と圧子との間から移動させて、圧子が試料に作用するようにすればよい。
【００１０】
よって、材料特性評価装置で材料特性評価を行う際に、試料や試料台を加熱することにより試料台の上方で加熱されてしまった空気による測定誤差を低減することができ、より精度の高い材料特性評価を行うことができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の材料特性評価装置において、
前記遮蔽部材には、前記圧子が前記試料に向かう位置に開口部（３０ｂ）が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用を奏するとともに、遮蔽部材には、圧子が試料に向かう位置に開口部が形成されているので、遮蔽部材を移動させることなく、その開口部を通じるように、圧子を遮蔽部材の下側に進入させ、試料台に載置される試料に対しくぼみを形成することができる。
【００１３】
加熱された状態の試料の材料特性を評価、測定するために、加熱部により加熱された試料台の上面側の空気は、加熱されて高温になることにより、上昇する熱対流を起こす。
この加熱された空気が上昇する熱対流により、試料台上方に位置する圧子やその周囲が加熱されて熱膨張してしまうと、圧子等の寸法やその評価・測定動作時の移動量に誤差が生じ、材料特性評価装置における測定誤差が生じてしまうことがある。また、その上昇する熱対流に基づく空気の乱流により、試料台に載置される試料に向かう圧子の移動が妨げられても、測定誤差が生じてしまうことがある。
【００１４】
そこで、試料台と、その試料台の上方に位置する圧子との間に遮蔽部材を配置することにより、圧子側に加熱された空気の上昇を抑えることによって、圧子等が加熱されて熱膨張してしまうことを低減することができる。
特に、遮蔽部材に、圧子が試料台の試料に向かうことができる程度の開口部を形成することによって、圧子側に加熱された空気の上昇を抑えつつも、遮蔽部材を移動させることなく、圧子が試料にくぼみを形成することができる。つまり、加熱された空気の上昇を抑えることによって圧子等が加熱されて熱膨張してしまうことや、空気の乱流により圧子の移動が妨げられることを低減することができる。
【００１５】
よって、材料特性評価装置で材料特性評価を行う際に、試料や試料台を加熱することにより試料台の上方で加熱されてしまった空気による測定誤差を低減することができ、より精度の高い材料特性評価を行うことができる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の材料特性評価装置において、
前記遮蔽部材に対する前記試料台側の空気を吸引する空気吸引部（４０）を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２に記載の発明と同様の作用を奏するとともに、遮蔽部材に対する試料台側の空気を吸引する空気吸引部を備えているので、試料を載置する試料台を加熱部が加熱して、加熱された状態の試料の表面に圧子を押し付けてくぼみを形成する際に、空気吸引部が遮蔽部材と試料台との間の加熱された空気を吸引することができる。
【００１８】
加熱部が、試料台や試料を加熱する際に、空気吸引部が、試料台上面側の加熱された空気を吸引することにより、加熱された空気が上昇する向きと反対向きの空気の流れをつくり、加熱された空気の上昇を抑えるようにする。そして、加熱された空気の上昇を抑えることによって、圧子等が加熱されて熱膨張してしまうことや、空気の乱流により圧子の移動が妨げられることを低減することができる。
よって、材料特性評価装置で材料特性評価を行う際に、試料や試料台を加熱することにより試料台の上方で加熱されてしまった空気による測定誤差を低減することができ、より精度の高い材料特性評価を行うことができる。
【００１９】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の材料特性評価装置において、
前記圧子のくぼみ形成時における押込深さを測定する押込深さ測定手段（例えば、変位計９）を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の作用を奏するとともに、押込深さ測定手段により圧子のくぼみ形成時における押込深さを測定することができる。
従って、この押込深さを材料特性評価のパラメータとして用いて、くぼみの寸法を算出することができるので、くぼみを直接観察できない薄膜等の材料特性評価が可能となる。
また、硬さ以外の試料の材料特性として、弾性特性、密着力表面物性、対磨耗特性等を圧子の押込深さに基づいて評価することができる。
【発明の効果】
【００２１】
請求項１記載の発明によれば、試料台と、その試料台の上方に位置する圧子との間に遮蔽部材が配置されているので、試料台側で加熱された空気が圧子側へ上昇することを抑えることができ、圧子等が加熱されて熱膨張してしまうことを低減することができる。
よって、材料特性評価装置で材料特性評価を行う際に、試料や試料台を加熱することにより試料台の上方で加熱されてしまった空気による測定誤差を低減することができ、より精度の高い材料特性評価を行うことができる。
【００２２】
請求項２記載の発明によれば、遮蔽部材には、圧子が試料に向かう位置に開口部が形成されているので、遮蔽部材を移動させることなく、その開口部を通じるように、圧子を遮蔽部材の下側に進入させ、試料台に載置される試料に対しくぼみを形成することができる。
特に、遮蔽部材に、圧子が試料台の試料に向かうことができる程度の開口部を形成することによって、試料台側から圧子側に加熱された空気の上昇を抑えつつも、遮蔽部材を移動させることなく、圧子が試料にくぼみを形成することができる。つまり、加熱された空気の上昇を抑えることによって圧子等が加熱されて熱膨張してしまうことや、空気の乱流により圧子の移動が妨げられることを低減することができる。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、遮蔽部材に対する試料台側の空気を吸引する空気吸引部を備えているので、試料を載置する試料台を加熱部が加熱して、加熱された状態の試料の表面に圧子を押し付けてくぼみを形成する際に、空気吸引部が遮蔽部材と試料台との間の加熱された空気を吸引することができる。
空気吸引部が、試料台上面側の加熱された空気を吸引することにより、加熱された空気が上昇する向きと反対向きの空気の流れをつくり、加熱された空気の上昇を抑えるようにする。そして、加熱された空気の上昇を抑えることによって、圧子等が加熱されて熱膨張してしまうことや、空気の乱流により圧子の移動が妨げられることを低減することができる。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、押込深さ測定手段により圧子のくぼみ形成時における押込深さを測定することができるので、この押込深さを材料特性評価のパラメータとして用いて、くぼみの寸法を算出することができ、試料の材料特性評価を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る材料特性評価装置について詳細に説明する。
【００２６】
（実施形態１）
図１は、材料特性評価装置１を示す模式図であり、図２は、図１の材料特性評価装置１の要部構成を示すブロック図である。
【００２７】
図１、図２に示すように、材料特性評価装置１は、試料Ｓを載置する試料台２と、試料Ｓにくぼみを形成する圧子３と、先端部に圧子３を交換可能に備える圧子軸４と、圧子軸４に所定の試験力を負荷する荷重負荷機構部５と、圧子３のくぼみ形成時における押込深さを測定する押込深さ測定手段としての変位計９と、試料台２の上面側に配置される遮蔽部材としての遮蔽板３０と、試料台２の温度制御を行う温度制御部１０と、試料Ｓの硬さを算出する硬さ算出部２０等を備えている。
【００２８】
試料台２は、試料Ｓを載置する載置面２ａを有するとともに、試料台２を加熱するための加熱部としてのヒータ６と、試料Ｓ近傍の温度を検出する温度センサ７等を備えている。
なお、試料台２は、セラミックスにより構成されており、そのセラミックスの材質は、窒化ホウ素であることが望ましい。窒化ホウ素は、熱膨張係数が、例えば０．８×１０-6と小さく、加熱された場合に熱膨張して変形する程度が小さいからである。また、温度が１℃変化したときの熱膨張長さは、アルミニウムの約１／１００程度と極めて小さい。さらに、熱伝導率も高く、耐蝕性にも優れている点で、試料台２を構成するセラミックスの材質として好適である。
【００２９】
また、試料台２とその試料台２の上方に位置する圧子３との間に、遮蔽板３０が配置されており、その遮蔽板３０における圧子３が試料Ｓに向かう位置には、開口部３０ｂが形成されている。この開口部３０ｂは、圧子３が遮蔽板３０の下側に進入し、試料台２に載置される試料Ｓに対し作用力（試験力）を付与するためのものである。
この遮蔽板３０は、熱伝導性の低い材料により構成されている。
【００３０】
荷重負荷機構部５は、磁界内に配置される駆動コイル（図示省略）と、駆動コイルに駆動電流を供給する電源（図示省略）等を備えている。この荷重負荷機構部５においては、操作部８（図２参照）の操作に基づいて、所定の試験力が設定され、次いで駆動コイルに駆動電流が供給されることにより設定された所定の試験力が発生する構成となっている。
また、荷重負荷機構部５は、試験力を試験力信号として硬さ算出部２０に出力する。これは、硬さ算出部２０が試験力信号を、試料Ｓの硬さ等の材料特性を算出するためのパラメータとして用いるためである。なお、ここでいう試験力信号とは、例えば、駆動コイルに駆動電流を供給する際の電圧信号等を指す。
【００３１】
図２に示す、操作部８は、例えばキーボードやマウス等からなり、荷重負荷機構部５が出力する試験力の設定や、ヒータ６の設定温度の設定等、数値データや材料特性評価に関するコマンドを入力、或いは選択するためのものである。
変位計９は、操作部８の操作により荷重負荷機構部５に設定された所定の試験力を荷重負荷機構部５が負荷したことによって、圧子３が試料Ｓにくぼみを形成した際の、圧子３の試料Ｓに対する押込深さを測定する。そして、変位計９は、測定した押込深さに対応する変位信号を硬さ算出部２０に出力する。これは、硬さ算出部２０が変位信号を、試料Ｓの硬さ等の材料特性を算出するためのパラメータとして用いるためである。
この変位計９は、例えば、静電容量差に基づいて圧子３の押込深さを検出する静電容量型の変位計を用いることができる。
【００３２】
温度制御部１０は、図２に示すように、温度センサ７から出力される温度センサ７が検出した検出温度に対応する温度信号を増幅する増幅器１１と、増幅された温度信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１２と、各種演算処理を行うＣＰＵ１３と、各種処理の作業領域と記憶領域とを備えるＲＡＭ１４と、温度制御に係る各種プログラムやデータ等を格納するＲＯＭ１５等から構成されている。この温度制御部１０には、ヒータ６、温度センサ７、操作部８等が接続されている。
【００３３】
温度制御部１０のＣＰＵ１３は、ＲＯＭ１５に格納されている各種プログラムの中から指定されたプログラムをＲＡＭ１４の作業領域に展開して、この指定プログラムに従った各種処理を実行する。
具体的には、ＣＰＵ１３は、温度センサ７の検出温度に基づいて、ヒータ６を制御して試料台２の温度を制御する温度制御手段として機能する。例えば、ＣＰＵ１３は、ＣＰＵ１３に温度センサ７から検出温度に対応する温度信号が入力されると、この検出温度と予め設定された設定温度との関係に基づいて、電源（図示省略）から電圧を所定の周期でヒータ６内の駆動回路（図示省略）に出力させてヒータ６のオンオフをＰＩＤ制御する。
なお、温度センサ７は、図１に示すように、試料Ｓ近傍に設置されるようになっており、温度センサ７は試料Ｓ近傍の温度を検出するので、この検出温度を実際の試料温度とみなすものとする。
【００３４】
硬さ算出部２０は、図２に示すように、荷重負荷機構部５及び変位計９と接続されている。この硬さ算出部２０は、荷重負荷機構部５から出力される試験力信号を増幅する増幅器２１ａと、増幅された試験力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２２ａと、変位計９から出力される変位信号を増幅する増幅器２１ｂと、増幅された変位信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２２ｂと、各種演算処理を行うＣＰＵ２３と、各種処理の作業領域と記憶領域とを備えるＲＡＭ２４と、形成されるくぼみの寸法算出や試料Ｓの硬さ算出等に係る各種プログラムやデータ等を格納するＲＯＭ２５等から構成されている。
【００３５】
硬さ算出部２０のＣＰＵ２３は、ＲＯＭ２５に格納されている各種プログラムの中から指定されたプログラムをＲＡＭ２４の作業領域に展開して、この指定プログラムに従った各種処理を実行する。
具体的には、ＣＰＵ２３は、変位計９から出力される圧子３の変位信号（押込深さ）に基づきくぼみの寸法を算出して、次いで、算出したくぼみの寸法及び荷重負荷機構部５から出力される試験力信号に基づいて試料Ｓの硬さ等の材料特性を評価する。
【００３６】
次に、上記構成の材料特性評価装置１の材料特性評価としての硬さ試験について説明する。
硬さ試験は、この材料特性評価装置１の試料台２に試料Ｓを載置した後、操作部８において設定温度を設定し、試験実行の操作を行う。設定温度が３００℃と設定されている場合は、試料Ｓが３００℃のときの硬さを測定することとなる。
【００３７】
まず、温度制御部１０のＣＰＵ１３が、温度センサ７の検出温度に基づいて、ヒータ６を制御して、試料台２の温度を制御する。具体的には、温度センサ７によって試料台２における試料Ｓ近傍の温度が検出され、その検出温度が温度信号として温度制御部１０に入力される。この温度信号は、温度制御部１０内の増幅器１１によって増幅され、次いでＡ／Ｄ変換器１２によってＡ／Ｄ変換される。そして、増幅された温度信号がＣＰＵ１３に入力される。次いで、ＣＰＵ１３がその温度信号と設定温度との関係に基づいて、電源から所定周期のヒータ印加電圧を出力させて、ヒータ６のオンオフをＰＩＤ制御する。
【００３８】
ここで、ヒータ６が試料台２を加熱すると、試料台ケース３０内の空気、特に試料台上面側（載置面２ａ側）の空気がヒータ６や高温になった試料台２により加熱される。そして、この加熱された空気は上昇するように熱対流を起こす。
この加熱された空気が上昇する熱対流により、材料特性評価装置１の圧子３やその周囲が加熱されて熱膨張してしまうと、圧子３等の寸法やその硬さ試験時の移動量に誤差が生じ、硬さ測定の際に測定誤差が生じてしまうことがある。また、その上昇する熱対流により、試料台２の試料Ｓに対して向かう圧子３が押し上げられるような反力や、圧子３の移動を妨げ圧子３がぶれてしまうような力が作用されてしまっても、硬さ測定の際に測定誤差が生じてしまうことがある。
【００３９】
その加熱された空気が上昇する熱対流による影響を低減するために、試料台２と圧子３との間に、遮蔽板３０が配置されている。
つまり、遮蔽板３０は、試料台上面側（載置面２ａ側）で加熱された空気が、圧子３側に上昇することを抑えて、加熱空気の熱対流を低減、防止することにより、圧子３等が加熱されて熱膨張してしまうことや、圧子３が押し上げられたり、ぶれてしまうようなことを低減、防止するようになっている。
【００４０】
例えば、ガラス（ＢＫ−７；品番）の硬さを測定する際に、圧子３が硬さ試験のために移動する状態を、遮蔽板３０の有無による違いにより比較する。なお、ここで使用した遮蔽板３０はダンボール紙により形成したものである。
硬さ試験における設定条件が、設定温度２５０℃、試験力２００ｍＮ、圧子３の押し込み速度（負荷−保持−除荷；１０ｓ−１０ｓ−１０ｓ）である場合、図３（ａ）に示すように遮蔽板３０がない状態では、圧子３が熱対流による空気の乱流の影響を受け、ゆらいでぶれてしまっていることがわかる。
一方、図３（ｂ）に示すように遮蔽板３０がある状態では、圧子３が熱対流による空気の乱流の影響を受けずに、スムーズに移動していることがわかる。
【００４１】
なお、開口部３０ｂは、圧子３が遮蔽板３０の下側に進入し、試料台２に載置される試料Ｓに対し作用力（試験力）を付与するために必要な程度の大きさに形成されており、この開口部３０ｂから上方に向かう加熱空気は僅かである。
【００４２】
そして、設定温度に温度制御された状態で、材料特性評価装置１の操作部８を操作し、試験実行の操作信号を入力する。この操作信号の入力に基づいて、荷重負荷機構部５が、駆動コイル（図示省略）に所定の駆動電流を供給して駆動力を発生させる。この駆動力により圧子軸４をその軸方向に押圧し、移動させることにより、試料Ｓ表面にくぼみを形成させて、このくぼみに基づいて試料Ｓの硬さを測定する。
【００４３】
より具体的には、例えば、くぼみ形成時に荷重負荷機構部５から出力される試験力信号が硬さ算出部２０の増幅器２１ａによって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２２ａによってＡ／Ｄ変換されて、ＣＰＵ２３に入力されるとともに、くぼみ形成時の圧子３の押込深さが変位計９により測定され、この変位計９から出力される押込深さに対応する変位信号が硬さ算出部２０の増幅器２１ｂによって増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２２ｂによってＡ／Ｄ変換されて、ＣＰＵ２３に入力される。
そして、ＣＰＵ２３は、入力された変位信号に基づいて圧子３により試料Ｓに形成されたくぼみの寸法を算出して、次いで、算出されたくぼみの寸法及び入力された試験力信号に基づいて、試料Ｓの硬さを算出する。
【００４４】
このように材料特性評価装置１において、試料台２と圧子３との間に遮蔽板３０を配置することにより、試料Ｓを加熱した状態でその硬さを測定する際に、ヒータ６や、ヒータ６により加熱されて高温になった試料台２によって加熱された空気が試料台２側から圧子３側へ向かうことを抑えることができるので、圧子３等が加熱されて熱膨張してしまうことや、圧子３が空気の乱流で押し上げられたり、ぶれてしまうようなことを低減、防止することができる。
よって、材料特性評価装置１で硬さ試験などの材料特性評価を行う際に、試料Ｓ（試料台２）を加熱することにより試料台２の上方で加熱されてしまった空気による測定誤差を低減することができ、より精度の高い材料特性評価を行うことができる。
【００４５】
また、試料台２が熱膨張係数の小さいセラミックスにより構成されているので、試料台２の熱膨張を抑えることができ、圧子動作中の試料台２の熱膨張に起因する測定誤差を低減させて、より精度の高い硬さ試験を行うことができる。
【００４６】
（実施形態２）
次に、本発明に係る材料特性評価装置の実施形態２について説明する。なお、実施形態１と同様の構成については同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
図４は、材料特性評価装置１ａを示す模式図であり、図２は、図１の材料特性評価装置１ａの要部構成を示すブロック図である。
【００４７】
図４、図５に示すように、材料特性評価装置１ａは、試料Ｓを載置する試料台２と、試料台２の上面側に配置される遮蔽部材としての遮蔽板３０と、試料台２を覆う試料台ケース３０ａと、試料台ケース３０ａ内の空気を吸引する空気吸引部４０と、試料Ｓにくぼみを形成する圧子３と、先端部に圧子３を交換可能に備える圧子軸４と、圧子軸４に所定の試験力を負荷する荷重負荷機構部５と、圧子３のくぼみ形成時における押込深さを測定する押込深さ測定手段としての変位計９と、試料台２の温度制御を行う温度制御部１０と、試料Ｓの硬さを算出する硬さ算出部２０等を備えている。
【００４８】
試料台２とその試料台２の上方に位置する圧子３との間に、遮蔽板３０が配置されており、その遮蔽板３０を上面部とするように、試料台２とヒータ６の周囲を覆うように試料台ケース３０ａが配置されている。その試料台ケース３０ａには、試料台ケース３０ａ内の空気を吸引する空気吸引部４０が備えられている。
その遮蔽板３０における圧子３が試料Ｓに向かう位置には、開口部３０ｂが形成されている。この開口部３０ｂは、圧子３が遮蔽板３０の下側に進入し、試料台２に載置される試料Ｓに対し作用力（試験力）を付与するためのものである。
この遮蔽板３０及び試料台ケース３０ａは、熱伝導性の低い材料により構成されている。
【００４９】
空気吸引部４０は、例えば、吸引ファンや真空ポンプ等からなり、試料台ケース３０ａの内部の空気、特に、ヒータ６が試料台２を加熱することにより、遮蔽板３０と試料台２との間で加熱された空気を吸引するものである。
空気吸引部４０が、試料台ケース３０ａの内部の空気を吸引することにより、遮蔽板３０の開口部３０ｂから外部の空気が試料台ケース３０ａ内に流入するようになっている。
なお、空気吸引部４０は、試料台ケース３０ａや試料台２などに、空気吸引部４０が吸引動作した際の振動を伝達しないように試料台ケース３０ａに備えられている。
【００５０】
次に、上記構成の材料特性評価装置１ａの材料特性評価としての硬さ試験について説明する。
硬さ試験は、この材料特性評価装置１ａの試料台２に試料Ｓを載置した後、操作部８において設定温度を設定し、試験実行の操作を行う。設定温度が３００℃と設定されている場合は、試料Ｓが３００℃のときの硬さを測定することとなる。
【００５１】
硬さ測定時に、ヒータ６が試料台２を加熱すると、試料台ケース３０ａ内の空気、特に試料台上面側（載置面２ａ側）の空気がヒータ６や高温になった試料台２により加熱される。そして、この加熱された空気は上昇するように熱対流を起こす。
この加熱された空気が上昇する熱対流により、材料特性評価装置１ａの圧子３やその周囲が加熱されて熱膨張してしまうと、圧子３等の寸法やその硬さ試験時の移動量に誤差が生じ、硬さ測定の際に測定誤差が生じてしまうことがある。また、その上昇する熱対流により、試料台２の試料Ｓに対して向かう圧子３が押し上げられるような反力や、圧子３の移動を妨げ圧子３がぶれてしまうような力が作用されてしまっても、硬さ測定の際に測定誤差が生じてしまうことがある。
そのため、ヒータ６が試料台２や試料Ｓを加熱する際には、空気吸引部４０を動作させ、試料台上面側（載置面２ａ側）において加熱された空気を吸引する。
【００５２】
そして、空気吸引部４０が、試料台ケース３０ａの内部の空気を吸引することにより、試料台ケース３０ａに設けられている遮蔽板３０の開口部３０ｂから外部の空気が試料台ケース３０ａ内に流入するので、加熱された空気が上昇しにくくなる。つまり、加熱された空気が上昇する向きと反対向きの空気の流れがつくられることにより、加熱された空気の上昇が抑えられる。
このように、空気吸引部４０の動作によって、加熱された空気の上昇を抑えて、加熱空気の熱対流を低減、防止することにより、圧子３等が加熱されて熱膨張してしまうことや、圧子３が押し上げられたり、ぶれてしまうようなことを低減、防止するようになっている。
【００５３】
なお、空気吸引部４０が空気を吸引することによって、遮蔽板３０の開口部３０ｂから外部の空気が試料台ケース３０ａ内に流入する流入量、流入速度は、加熱された空気の上昇を抑え、防止する程度のものである。つまり、空気吸引部４０が空気を吸引する吸引力は、加熱された空気の上昇を抑え、その上昇を防止する程度の吸引力であって、圧子３を下方に引き付けてしまったり、試料台２や試料Ｓの温度を低下させてしまわないように調整されたものである。
【００５４】
このように材料特性評価装置１ａは、試料Ｓを加熱した状態でその硬さを測定する際に、空気吸引部４０を動作させることにより、ヒータ６や、ヒータ６により加熱されて高温になった試料台２によって加熱された空気が試料台２側から圧子３側へ向かうことを抑えることができるので、圧子３等が加熱されて熱膨張してしまうことや、圧子３が空気の乱流で押し上げられたり、ぶれてしまうようなことを低減、防止することができる。
よって、材料特性評価装置１ａで硬さ試験などの材料特性評価を行う際に、試料Ｓ（試料台２）を加熱することにより試料台２の上方で加熱されてしまった空気による測定誤差を低減することができ、より精度の高い材料特性評価を行うことができる。
【００５５】
なお、空気吸引部４０が空気を吸引する吸引力は、加熱された空気の上昇を抑える程度の吸引力であって、圧子３を下方に引き付けたり、試料台２や試料Ｓの温度を低下させないように調整されるので、硬さ試験などの材料特性評価を行う際の設定温度に応じて、その吸引力を調節することができるようになっている。
例えば、より高温に設定された試験を行う場合では、より高温に空気が加熱されて、高温となった空気は上昇しやすくなるので、空気吸引部４０が空気を吸引する吸引力をより強めるようにする。一方、比較的低温に設定された試験を行う場合では、加熱された空気の上昇は緩やかなものであるので、空気吸引部４０が空気を吸引する吸引力を弱めるように調節する。
この材料特性評価装置１ａの空気吸引部４０が空気を吸引する吸引力の調整は、硬さ試験などの材料特性評価を行う際の設定温度に応じて、空気吸引部４０の設定を調節するようにしてもよく、また、空気吸引部４０と温度制御部１０とを接続するようにして、ヒータ６の設定温度に連動するように吸引力が調整されるようにしてもよい。
【００５６】
また、試料台２及びヒータ６の周囲を覆うように試料台ケース３０ａと遮蔽板３０を配置し、試料台ケース３０ａの内側の空気を空気吸引部４０が吸引するように説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、試料台ケース３０ａを備えずに、遮蔽板３０の下方であり試料台上面側（載置面２ａ側）において加熱された空気（遮蔽板３０に対する試料台２側の加熱空気）を吸引し、加熱された空気が上昇する向きと反対向きの空気の流れをつくるようにしてもよい。
【００５７】
なお、以上の実施の形態においては、温度制御を温度制御部１０のＣＰＵ１３により行うとしているが、他に制御回路等を備える構成としてもよい。
【００５８】
また、上記実施形態では、材料特性評価装置に硬さ算出部２０を備えて、材料特性評価として試料Ｓの硬さ試験を行う例を示して説明したが、これに限定されるものではない。例えば、試料Ｓの弾性係数を算出するプログラムをＲＯＭ２５に格納しておき、試料Ｓに対する圧子３の押込中の押込深さを経時的に測定することにより、試料Ｓの弾性係数を測定することも可能である。その他、試料Ｓの密着力表面物性や対磨耗特性等の物性値も評価することができる。
【００５９】
また、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る材料特性評価装置を示す模式図である。
【図２】本発明に係る材料特性評価装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】硬さ試験のために圧子が移動する状態を示す測定結果であって、（ａ）遮蔽板がない条件と、（ｂ）遮蔽板がある条件とを示す説明図である。
【図４】本発明に係る材料特性評価装置を示す模式図である。
【図５】本発明に係る材料特性評価装置の要部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６１】
１      材料特性評価装置
２      試料台
３      圧子
６      ヒータ（加熱部）
７      温度センサ
９      変位計（押込深さ測定手段）
１０    温度制御部
２０    硬さ算出部
３０    遮蔽板（遮蔽部材）
３０ａ  試料台ケース
３０ｂ  開口部
４０    空気吸引部
Ｓ      試料
【図１】
2005300417.tif 000003
【図２】
2005300417.tif 000004
【図３】
2005300417.tif 000005
【図４】
2005300417.tif 000006
【図５】
2005300417.tif 000007